Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2021

Cuestión 5. Química redox.

A partir de los valores del potencial estándar de reducción, responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) Considere los metales potasio, cadmio y plata. ¿Cuál/es de ellos será/n solubles en una disolución de HCl 1 M? (1 punto)

b) ¿Qué reacción tendrá lugar si se sumerge una barra de plata en una disolución de $\text{K}^+(ac)$ 1 M? (0,5 puntos)

c) ¿Qué reacción se producirá si se sumerge una barra de cadmio metálico en una disolución de $\text{Ag}^+(ac)$ 1 M? (0,5 puntos)

Datos: Potenciales estándar de reducción, $E^o$ (V): $\text{K}^+/\text{K} = -2{,}92$; $\text{Cd}^{2+}/\text{Cd} = -0{,}40$; $\text{H}^+/\text{H}_2 = 0{,}00$; $\text{Ag}^+/\text{Ag} = +0{,}80$.

$\textbf{a) Considere los metales potasio, cadmio y plata. ¿Cuál/es de ellos será/n solubles en una disolución de HCl 1 M? (1 punto)}$

Que un metal se disuelva en HCl significa que el $\mathrm{H^+}$ es capaz de oxidarlo (el $\mathrm{Cl^-}$ no oxida). El criterio es directo: se disuelven los metales cuyo potencial estándar de reducción sea $\textbf{menor que cero}$, el del par $\mathrm{H^+}/\mathrm{H_2}$.

Potasio, $E^o = -2{,}92$ V:

$E^o_{\text{pila}} = 0{,}00 - (-2{,}92) = +2{,}92\ \text{V} > 0$

Cadmio, $E^o = -0{,}40$ V:

$E^o_{\text{pila}} = 0{,}00 - (-0{,}40) = +0{,}40\ \text{V} > 0$

Plata, $E^o = +0{,}80$ V:

$E^o_{\text{pila}} = 0{,}00 - 0{,}80 = -0{,}80\ \text{V} < 0$

Se disuelven el $\textbf{potasio}$ y el $\textbf{cadmio}$; la $\textbf{plata no}$, que por eso se considera un metal noble.

Conviene el matiz: el potasio reacciona violentamente con el $\textbf{agua}$ de la propia disolución, sin necesidad del ácido.

$\textbf{b) ¿Qué reacción tendrá lugar si se sumerge una barra de plata en una disolución de K}^+\textbf{(ac) 1 M? (0,5 puntos)}$

La única reacción concebible sería que la plata se oxidara y el $\mathrm{K^+}$ se redujera:

$2\,\mathrm{Ag}(s) + 2\,\mathrm{K^+}(ac) \rightarrow 2\,\mathrm{Ag^+}(ac) + 2\,\mathrm{K}(s)$

$E^o_{\text{pila}} = -2{,}92 - 0{,}80 = -3{,}72\ \text{V}$

Muy negativo, así que $\textbf{no ocurre nada}$. Es el peor emparejamiento posible de la lista: se pretendía oxidar el metal más noble con el catión más difícil de reducir.

$\textbf{c) ¿Qué reacción se producirá si se sumerge una barra de cadmio metálico en una disolución de Ag}^+\textbf{(ac) 1 M? (0,5 puntos)}$

Ahora el emparejamiento es el favorable: la plata tiene el mayor potencial de reducción de los dos, así que es el $\mathrm{Ag^+}$ el que se reduce y el cadmio el que se oxida.

$E^o_{\text{pila}} = 0{,}80 - (-0{,}40) = +1{,}20\ \text{V} > 0$

$\mathrm{Cd}(s) + 2\,\mathrm{Ag^+}(ac) \rightarrow \mathrm{Cd^{2+}}(ac) + 2\,\mathrm{Ag}(s)$

La reacción es espontánea: la barra de cadmio se va disolviendo y sobre ella se deposita plata metálica.